JP2003036855A - 固体高分子型燃料電池用電極 - Google Patents
固体高分子型燃料電池用電極Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 触媒物質の使用量を増やすことなく、高出力
かつ高効率の発電を得ることができる固体高分子型燃料
電池用電極を提供する。 【解決手段】 触媒物質が、電子伝導性粒子１の表面に
分散する触媒物質１０Ａと、イオン伝導性ポリマー２中
に分散する触媒物質１０Ｂとに分けられ、触媒物質１０
Ａの平均粒径が触媒物質１０Ｂの平均粒径よりも大き
い。イオン伝導性ポリマー２中に分散する触媒物質１０
Ｂは、イオン伝導性ポリマー２に触媒前駆体物質を混合
させた後に、触媒前駆体物質を化学的に還元させたもの
であり、その触媒前駆体物質は、塩基性化合物と非塩基
性化合物との混合物である。
かつ高効率の発電を得ることができる固体高分子型燃料
電池用電極を提供する。 【解決手段】 触媒物質が、電子伝導性粒子１の表面に
分散する触媒物質１０Ａと、イオン伝導性ポリマー２中
に分散する触媒物質１０Ｂとに分けられ、触媒物質１０
Ａの平均粒径が触媒物質１０Ｂの平均粒径よりも大き
い。イオン伝導性ポリマー２中に分散する触媒物質１０
Ｂは、イオン伝導性ポリマー２に触媒前駆体物質を混合
させた後に、触媒前駆体物質を化学的に還元させたもの
であり、その触媒前駆体物質は、塩基性化合物と非塩基
性化合物との混合物である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体高分子型燃料
電池用電極に係り、特に、触媒を有効に機能させる技術
に関する。
電池用電極に係り、特に、触媒を有効に機能させる技術
に関する。
【０００２】
【従来の技術】固体高分子型燃料電池は、平板状の電極
構造体の両側にセパレータが積層されて構成されてい
る。電極構造体は、一般に、正極側の電極触媒層と負極
側の電極触媒層との間に高分子電解膜が挟まれ、各電極
触媒層の外側にガス拡散層がそれぞれ積層された積層体
である。このような燃料電池によると、例えば、負極側
に配されたセパレータのガス通路に水素ガスを流し、正
極側に配されたセパレータのガス通路に酸化性ガスを流
すと、電気化学反応が起こって電流が発生する。
構造体の両側にセパレータが積層されて構成されてい
る。電極構造体は、一般に、正極側の電極触媒層と負極
側の電極触媒層との間に高分子電解膜が挟まれ、各電極
触媒層の外側にガス拡散層がそれぞれ積層された積層体
である。このような燃料電池によると、例えば、負極側
に配されたセパレータのガス通路に水素ガスを流し、正
極側に配されたセパレータのガス通路に酸化性ガスを流
すと、電気化学反応が起こって電流が発生する。
【０００３】燃料電池の作動中においては、ガス拡散層
は電気化学反応によって生成した電子を電極触媒層とセ
パレータとの間で伝達させると同時に燃料ガスおよび酸
化性ガスを拡散させる。また、負極側の電極触媒層は燃
料ガスに化学反応を起こさせプロトン（Ｈ＋）と電子を
発生させ、正極側の電極触媒層は酸素とプロトンと電子
から水を生成し、電解膜はプロトンをイオン伝導させ
る。そして、正負の電極触媒層を通して電力が取り出さ
れる。ここで、電極触媒層としては、表面にＰｔ等の触
媒粒子を担持させたカーボン粒子とイオン伝導性ポリマ
ーからなる電解質とを混合した触媒ペーストが利用され
ており、上記電気化学反応は、触媒、電解質およびガス
の三者が共存する三相界面で起こると考えられている。
は電気化学反応によって生成した電子を電極触媒層とセ
パレータとの間で伝達させると同時に燃料ガスおよび酸
化性ガスを拡散させる。また、負極側の電極触媒層は燃
料ガスに化学反応を起こさせプロトン（Ｈ＋）と電子を
発生させ、正極側の電極触媒層は酸素とプロトンと電子
から水を生成し、電解膜はプロトンをイオン伝導させ
る。そして、正負の電極触媒層を通して電力が取り出さ
れる。ここで、電極触媒層としては、表面にＰｔ等の触
媒粒子を担持させたカーボン粒子とイオン伝導性ポリマ
ーからなる電解質とを混合した触媒ペーストが利用され
ており、上記電気化学反応は、触媒、電解質およびガス
の三者が共存する三相界面で起こると考えられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、触媒粒子を
担持させたカーボン粒子とイオン伝導性ポリマーからな
る電解質とを混合させる従来の製法で得られた触媒ペー
ストでは、上記電気化学反応時における触媒粒子の利用
率が低い傾向にあった。このため、触媒粒子を担持させ
たカーボン粒子の使用量を必要以上に多くせざるを得
ず、触媒粒子は上述のようにＰｔ等の高価な貴金属であ
るから、コスト的に著しく不利であった。
担持させたカーボン粒子とイオン伝導性ポリマーからな
る電解質とを混合させる従来の製法で得られた触媒ペー
ストでは、上記電気化学反応時における触媒粒子の利用
率が低い傾向にあった。このため、触媒粒子を担持させ
たカーボン粒子の使用量を必要以上に多くせざるを得
ず、触媒粒子は上述のようにＰｔ等の高価な貴金属であ
るから、コスト的に著しく不利であった。
【０００５】したがって本発明は、触媒物質の使用量を
増やすことなく、高出力かつ高効率の発電を得ることが
できる固体高分子型燃料電池用電極を提供することを目
的としている。
増やすことなく、高出力かつ高効率の発電を得ることが
できる固体高分子型燃料電池用電極を提供することを目
的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、触媒物質、電
子伝導性粒子およびイオン伝導性ポリマーを具備する固
体高分子型燃料電池用電極であって、触媒物質は、電子
伝導性粒子の表面に分散する触媒物質Ａと、イオン伝導
性ポリマー中に分散する触媒物質Ｂとに分けられ、触媒
物質Ａの平均粒径が触媒物質Ｂの平均粒径よりも大き
く、また、イオン伝導性ポリマー中に分散する触媒物質
Ｂは、イオン伝導性ポリマーに触媒前駆体物質を混合さ
せた後に、該触媒前駆体物質を化学的に還元させたもの
であり、さらに、触媒前駆体物質は、塩基性化合物と非
塩基性化合物との混合物であることを特徴としている。
子伝導性粒子およびイオン伝導性ポリマーを具備する固
体高分子型燃料電池用電極であって、触媒物質は、電子
伝導性粒子の表面に分散する触媒物質Ａと、イオン伝導
性ポリマー中に分散する触媒物質Ｂとに分けられ、触媒
物質Ａの平均粒径が触媒物質Ｂの平均粒径よりも大き
く、また、イオン伝導性ポリマー中に分散する触媒物質
Ｂは、イオン伝導性ポリマーに触媒前駆体物質を混合さ
せた後に、該触媒前駆体物質を化学的に還元させたもの
であり、さらに、触媒前駆体物質は、塩基性化合物と非
塩基性化合物との混合物であることを特徴としている。
【０００７】図１は、本発明の固体高分子型燃料電池用
電極の概念図である。同図に示すように、本発明の燃料
電池用電極は、例えば電子伝導性粒子１とイオン伝導性
ポリマー２とにより多数の空孔３を有する多孔質体とし
て構成される。電子伝導性粒子１の表面には複数の触媒
物質１０Ａが分散しており、イオン伝導性ポリマー２中
には触媒物質１０Ｂが分散している。電子伝導性粒子１
としては例えばカーボンブラック粒子を用いることがで
き、イオン伝導性ポリマー２としてはフッ素樹脂系イオ
ン交換樹脂を用いることができる。また、触媒物質１０
Ａ，１０Ｂとしては白金、パラジウム等の白金族金属を
用いることができる。
電極の概念図である。同図に示すように、本発明の燃料
電池用電極は、例えば電子伝導性粒子１とイオン伝導性
ポリマー２とにより多数の空孔３を有する多孔質体とし
て構成される。電子伝導性粒子１の表面には複数の触媒
物質１０Ａが分散しており、イオン伝導性ポリマー２中
には触媒物質１０Ｂが分散している。電子伝導性粒子１
としては例えばカーボンブラック粒子を用いることがで
き、イオン伝導性ポリマー２としてはフッ素樹脂系イオ
ン交換樹脂を用いることができる。また、触媒物質１０
Ａ，１０Ｂとしては白金、パラジウム等の白金族金属を
用いることができる。
【０００８】図１の電極によれば、水素ガス等の燃料ガ
スは空孔３を流通し、触媒物質１０Ａの作用により還元
されてプロトンと電子を生成する。この作用は、従来の
燃料電池用電極と同じであるが、本発明者等は、イオン
伝導性ポリマー２中に分散する触媒物質１０Ｂにも同等
の作用があることを見い出した。すなわち、電子伝導性
粒子１の表面の近傍の触媒物質１０Ｂに水素ガスが接触
すると、プロトンと電子を生成し、プロトンはイオン伝
導性ポリマー２中を伝導する。また、電子は、触媒物質
１０Ｂの伝導ネットワークによって電子伝導性粒子１に
伝導すると考えられる。ただし、以上はあくまでも推定
であって、このような作用の有無によって本発明が限定
されないことは言うまでもない。なお、電子伝導性粒子
１の表面の近傍とは表面から１００ｎｍ以内で、触媒物
質１０Ｂの一部は電子伝導性粒子１と接触しているもの
と推測される。
スは空孔３を流通し、触媒物質１０Ａの作用により還元
されてプロトンと電子を生成する。この作用は、従来の
燃料電池用電極と同じであるが、本発明者等は、イオン
伝導性ポリマー２中に分散する触媒物質１０Ｂにも同等
の作用があることを見い出した。すなわち、電子伝導性
粒子１の表面の近傍の触媒物質１０Ｂに水素ガスが接触
すると、プロトンと電子を生成し、プロトンはイオン伝
導性ポリマー２中を伝導する。また、電子は、触媒物質
１０Ｂの伝導ネットワークによって電子伝導性粒子１に
伝導すると考えられる。ただし、以上はあくまでも推定
であって、このような作用の有無によって本発明が限定
されないことは言うまでもない。なお、電子伝導性粒子
１の表面の近傍とは表面から１００ｎｍ以内で、触媒物
質１０Ｂの一部は電子伝導性粒子１と接触しているもの
と推測される。
【０００９】また、本発明者等の検討によれば、イオン
伝導性ポリマー２中に分散する触媒物質１０Ｂの量は極
めて微量でも効果があることが判明している。つまり、
微量の触媒物質１０Ｂをイオン伝導性ポリマー２中に分
散させることにより、電子伝導性粒子１に分散させる触
媒物質１０Ａの量を増やすことなく発電効率を向上させ
ることができるわけである。したがって、イオン伝導性
ポリマー２中には触媒物質１０Ｂが均一に分散している
ことが望ましく、電子伝導性粒子１とイオン伝導性ポリ
マー２との接触面およびその近傍に触媒物質が偏在して
いればさらに好適である。
伝導性ポリマー２中に分散する触媒物質１０Ｂの量は極
めて微量でも効果があることが判明している。つまり、
微量の触媒物質１０Ｂをイオン伝導性ポリマー２中に分
散させることにより、電子伝導性粒子１に分散させる触
媒物質１０Ａの量を増やすことなく発電効率を向上させ
ることができるわけである。したがって、イオン伝導性
ポリマー２中には触媒物質１０Ｂが均一に分散している
ことが望ましく、電子伝導性粒子１とイオン伝導性ポリ
マー２との接触面およびその近傍に触媒物質が偏在して
いればさらに好適である。
【００１０】さて、図１で明らかなように、電子伝導性
粒子１の表面に分散する触媒物質１０Ａの平均粒径は、
イオン伝導性ポリマー２中に分散する触媒物質１０Ｂの
平均粒径よりも大きい。このように電子伝導性粒子に分
散する触媒物質よりも微細な触媒物質がイオン伝導性ポ
リマー中に分散することにより、燃料ガスが活性化され
る点（触媒の活性点）が増加して触媒物質の利用率が向
上する。その結果、触媒物質の使用量が全体的に少なく
ても、高出力かつ高効率に電力を得ることができる。
粒子１の表面に分散する触媒物質１０Ａの平均粒径は、
イオン伝導性ポリマー２中に分散する触媒物質１０Ｂの
平均粒径よりも大きい。このように電子伝導性粒子に分
散する触媒物質よりも微細な触媒物質がイオン伝導性ポ
リマー中に分散することにより、燃料ガスが活性化され
る点（触媒の活性点）が増加して触媒物質の利用率が向
上する。その結果、触媒物質の使用量が全体的に少なく
ても、高出力かつ高効率に電力を得ることができる。
【００１１】また、上記のようにイオン伝導性ポリマー
中に分散する触媒物質Ｂが、イオン伝導性ポリマーに触
媒前駆体物質を混合させた後に、該触媒前駆体物質を化
学的に還元させたものであることにより、イオン伝導性
ポリマー中への微細な触媒物質の析出による上記効果が
一層促進される。
中に分散する触媒物質Ｂが、イオン伝導性ポリマーに触
媒前駆体物質を混合させた後に、該触媒前駆体物質を化
学的に還元させたものであることにより、イオン伝導性
ポリマー中への微細な触媒物質の析出による上記効果が
一層促進される。
【００１２】また、本発明では、触媒物質の原料となる
触媒前駆体物質は、塩基性化合物と非塩基性化合物との
混合物であることを特徴としている。触媒前駆体物質に
塩基性化合物を用いることによりイオン伝導性ポリマー
の粘度は上昇し、これによってイオン伝導性ポリマーが
凝集しやすくなる。イオン伝導性ポリマーの凝集体を形
成することにより、触媒前駆体物質を還元した時に触媒
前駆体物質が粒成長を起こし難く、結果として微細な触
媒物質を析出させることができる。しかしながら、塩基
性化合物の使用量が多過ぎると粘度が高くなり過ぎ、電
子伝導性粒子に対するイオン伝導性ポリマーの被覆率が
低下して触媒の活性点が減少し、発電性能が低下するの
で好ましくない。そこで、触媒前駆体物質として非塩基
性化合物を併用することで、所望の触媒物質量を得るこ
とが可能となる。
触媒前駆体物質は、塩基性化合物と非塩基性化合物との
混合物であることを特徴としている。触媒前駆体物質に
塩基性化合物を用いることによりイオン伝導性ポリマー
の粘度は上昇し、これによってイオン伝導性ポリマーが
凝集しやすくなる。イオン伝導性ポリマーの凝集体を形
成することにより、触媒前駆体物質を還元した時に触媒
前駆体物質が粒成長を起こし難く、結果として微細な触
媒物質を析出させることができる。しかしながら、塩基
性化合物の使用量が多過ぎると粘度が高くなり過ぎ、電
子伝導性粒子に対するイオン伝導性ポリマーの被覆率が
低下して触媒の活性点が減少し、発電性能が低下するの
で好ましくない。そこで、触媒前駆体物質として非塩基
性化合物を併用することで、所望の触媒物質量を得るこ
とが可能となる。
【００１３】次に、本発明では、イオン伝導性ポリマー
はスルホン基を有し、上記塩基性化合物を添加するにあ
たり、該塩基性化合物から解離生成する水酸基のモル数
／スルホン基のモル数＝０．１〜０．４（１０〜４０
％）であることを好ましい形態としている。この値が４
０％を超えるとイオン伝導性ポリマーの粘度が高くなり
過ぎて電子伝導性粒子に対するイオン伝導性ポリマーの
被覆率が低下し、逆に１０％を下回ると、触媒物質の粒
径が大きくなり過ぎて微細な触媒物質が析出しにくい。
はスルホン基を有し、上記塩基性化合物を添加するにあ
たり、該塩基性化合物から解離生成する水酸基のモル数
／スルホン基のモル数＝０．１〜０．４（１０〜４０
％）であることを好ましい形態としている。この値が４
０％を超えるとイオン伝導性ポリマーの粘度が高くなり
過ぎて電子伝導性粒子に対するイオン伝導性ポリマーの
被覆率が低下し、逆に１０％を下回ると、触媒物質の粒
径が大きくなり過ぎて微細な触媒物質が析出しにくい。
【００１４】図２は、触媒前駆体物質を混合したイオン
伝導性ポリマーへのアルカリ（塩基）添加率と、触媒前
駆体物質を混合したイオン伝導性ポリマーの粘度との関
係の例を示している。また、図３は、アルカリ添加率と
触媒物質の粒径との関係の例を示している。図２によれ
ば、アルカリ添加率が４０％以下で粘度が７０ｃＰ以下
に確保されることが判る。また、図３によれば、アルカ
リ添加率が１０％を下回ると、触媒物質の粒径が急激に
大きくなり、１０％以上では触媒物質の粒径が微細で安
定することが判る。
伝導性ポリマーへのアルカリ（塩基）添加率と、触媒前
駆体物質を混合したイオン伝導性ポリマーの粘度との関
係の例を示している。また、図３は、アルカリ添加率と
触媒物質の粒径との関係の例を示している。図２によれ
ば、アルカリ添加率が４０％以下で粘度が７０ｃＰ以下
に確保されることが判る。また、図３によれば、アルカ
リ添加率が１０％を下回ると、触媒物質の粒径が急激に
大きくなり、１０％以上では触媒物質の粒径が微細で安
定することが判る。
【００１５】本発明にあっては、電子伝導性粒子の表面
に分散する触媒物質Ａの平均粒径は３〜５ｎｍが好まし
く、より好ましくは３．５〜４．５ｎｍであって、３．
８〜４．２ｎｍであればさらに好ましい。また、イオン
伝導性ポリマー中に分散する触媒物質Ｂの平均粒径は１
〜３ｎｍが好ましく、より好ましくは１．５〜２．５ｎ
ｍである。
に分散する触媒物質Ａの平均粒径は３〜５ｎｍが好まし
く、より好ましくは３．５〜４．５ｎｍであって、３．
８〜４．２ｎｍであればさらに好ましい。また、イオン
伝導性ポリマー中に分散する触媒物質Ｂの平均粒径は１
〜３ｎｍが好ましく、より好ましくは１．５〜２．５ｎ
ｍである。
【００１６】次に、微細な触媒物質Ｂをイオン伝導性ポ
リマー中に析出させ、かつ分散させるには、イオン伝導
性ポリマー、触媒前駆体物質および溶媒の混合物中で、
触媒前駆体物質にイオン伝導性ポリマーを凝集させるこ
とが考えられる。すなわち、前述したようにイオン伝導
性ポリマーが触媒前駆体物質に凝集することにより、触
媒前駆体物質を還元した時に触媒物質が粒成長を起こし
難くなり、結果として微細な触媒物質が析出する。ま
た、触媒前駆体物質を混合したイオン伝導性ポリマーの
粘度を比較的高くすることにより凝集の効果をよく得ら
れるが、粘度が７０ｃＰを超えると、電子伝導性粒子に
対するイオン伝導性ポリマーの被覆率が低下して触媒の
活性点が減少し、発電性能が低下するので好ましくな
い。したがって、触媒前駆体物質を混合したイオン伝導
性ポリマーの粘度は７０ｃＰ以下であることが好まし
い。このように触媒前駆体物質を混合したイオン伝導性
ポリマーの粘度を７０ｃＰ以下とするには、前述したよ
うに塩基性化合物を添加するとよい。
リマー中に析出させ、かつ分散させるには、イオン伝導
性ポリマー、触媒前駆体物質および溶媒の混合物中で、
触媒前駆体物質にイオン伝導性ポリマーを凝集させるこ
とが考えられる。すなわち、前述したようにイオン伝導
性ポリマーが触媒前駆体物質に凝集することにより、触
媒前駆体物質を還元した時に触媒物質が粒成長を起こし
難くなり、結果として微細な触媒物質が析出する。ま
た、触媒前駆体物質を混合したイオン伝導性ポリマーの
粘度を比較的高くすることにより凝集の効果をよく得ら
れるが、粘度が７０ｃＰを超えると、電子伝導性粒子に
対するイオン伝導性ポリマーの被覆率が低下して触媒の
活性点が減少し、発電性能が低下するので好ましくな
い。したがって、触媒前駆体物質を混合したイオン伝導
性ポリマーの粘度は７０ｃＰ以下であることが好まし
い。このように触媒前駆体物質を混合したイオン伝導性
ポリマーの粘度を７０ｃＰ以下とするには、前述したよ
うに塩基性化合物を添加するとよい。
【００１７】図４は、触媒前駆体物質を混合したイオン
伝導性ポリマーの粘度を変化させた際の電子伝導性粒子
に対するイオン伝導性ポリマーの被覆率の例を示してお
り、同図によれば、比較的高い被覆率（６５％程度）を
保持するには、粘度が７０ｃＰ以下が確保されていれば
よいことが判る。
伝導性ポリマーの粘度を変化させた際の電子伝導性粒子
に対するイオン伝導性ポリマーの被覆率の例を示してお
り、同図によれば、比較的高い被覆率（６５％程度）を
保持するには、粘度が７０ｃＰ以下が確保されていれば
よいことが判る。
【００１８】また、本発明では、触媒物質Ａが分散され
ている電子伝導性粒子が、６５％以上の被覆率でイオン
伝導性ポリマーにより被覆されていることを好ましい形
態としている。触媒物質が表面に分散する電子伝導性粒
子は、触媒物質の隙間部分の表面がイオン伝導性ポリマ
ーによって被覆されるが、被覆率が６５％を下回ると、
触媒の活性点が減少して発電性能が低下する。したがっ
て、その被覆率は６５％以上が好ましい。
ている電子伝導性粒子が、６５％以上の被覆率でイオン
伝導性ポリマーにより被覆されていることを好ましい形
態としている。触媒物質が表面に分散する電子伝導性粒
子は、触媒物質の隙間部分の表面がイオン伝導性ポリマ
ーによって被覆されるが、被覆率が６５％を下回ると、
触媒の活性点が減少して発電性能が低下する。したがっ
て、その被覆率は６５％以上が好ましい。
【００１９】
【実施例】次に、具体的な実施例により本発明を詳細に
説明する。 ［実施例１］イオン伝導性ポリマー（Ｎａｆｉｏｎ Ｓ
Ｅ５１１２：Ｄｕｐｏｎｔ社製）１００ｇと、カーボン
ブラックと白金との重量比を５０：５０とした白金担持
カーボン粒子（ＴＥＣ１０Ｅ５０Ｅ：田中貴金属工業社
製）１０ｇと、触媒前駆体物質としてＰｔ（ＮＨ３）２
（ＮＯ２）２水溶液（白金５重量％：非塩基性化合物）
９ｇおよびＰｔ（ＮＨ３）４（ＯＨ）２水溶液（白金５
重量％：塩基性化合物）１ｇを混合し、触媒ペーストと
した。次いで、この触媒ペーストをＦＥＰ（テトラフル
オロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体）製
のシートに塗布して乾燥させ、電極シートを得た。この
ときのＰｔの塗布量は、０．３ｍｇ／ｃｍ２であった。
次に、この電極シートをＮａＢＨ４水溶液に浸漬して還
元処理した。次いで、上記水溶液に含まれる白金以外の
不要分を除去するために、電極シートを硝酸および水で
洗浄した後、１００℃で乾燥し、実施例１の電極シート
を得た。
説明する。 ［実施例１］イオン伝導性ポリマー（Ｎａｆｉｏｎ Ｓ
Ｅ５１１２：Ｄｕｐｏｎｔ社製）１００ｇと、カーボン
ブラックと白金との重量比を５０：５０とした白金担持
カーボン粒子（ＴＥＣ１０Ｅ５０Ｅ：田中貴金属工業社
製）１０ｇと、触媒前駆体物質としてＰｔ（ＮＨ３）２
（ＮＯ２）２水溶液（白金５重量％：非塩基性化合物）
９ｇおよびＰｔ（ＮＨ３）４（ＯＨ）２水溶液（白金５
重量％：塩基性化合物）１ｇを混合し、触媒ペーストと
した。次いで、この触媒ペーストをＦＥＰ（テトラフル
オロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体）製
のシートに塗布して乾燥させ、電極シートを得た。この
ときのＰｔの塗布量は、０．３ｍｇ／ｃｍ２であった。
次に、この電極シートをＮａＢＨ４水溶液に浸漬して還
元処理した。次いで、上記水溶液に含まれる白金以外の
不要分を除去するために、電極シートを硝酸および水で
洗浄した後、１００℃で乾燥し、実施例１の電極シート
を得た。
【００２０】［実施例２］Ｐｔ（ＮＨ３）２（ＮＯ２）
２水溶液の添加量を６ｇ、Ｐｔ（ＮＨ３）４（ＯＨ）２
水溶液の添加量を１ｇとした以外は実施例１と同様にし
て、実施例２の電極シートを得た。 ［実施例３］Ｐｔ（ＮＨ３）２（ＮＯ２）２水溶液の添
加量を５ｇ、Ｐｔ（ＮＨ３）４（ＯＨ）２水溶液の添加
量を５ｇとした以外は実施例１と同様にして、実施例３
の電極シートを得た。
２水溶液の添加量を６ｇ、Ｐｔ（ＮＨ３）４（ＯＨ）２
水溶液の添加量を１ｇとした以外は実施例１と同様にし
て、実施例２の電極シートを得た。 ［実施例３］Ｐｔ（ＮＨ３）２（ＮＯ２）２水溶液の添
加量を５ｇ、Ｐｔ（ＮＨ３）４（ＯＨ）２水溶液の添加
量を５ｇとした以外は実施例１と同様にして、実施例３
の電極シートを得た。
【００２１】［比較例］Ｐｔ（ＮＨ３）２（ＮＯ２）２
水溶液の添加量を１０ｇ、Ｐｔ（ＮＨ３）４（ＯＨ）２
水溶液は添加せず、これ以外は実施例１と同様にして、
比較例の電極シートを得た。
水溶液の添加量を１０ｇ、Ｐｔ（ＮＨ３）４（ＯＨ）２
水溶液は添加せず、これ以外は実施例１と同様にして、
比較例の電極シートを得た。
【００２２】上記実施例１〜３および比較例の電極シー
トを、デカール法にて高分子電解膜（Ｎａｆｉｏｎ製）
の両面に転写し、実施例１〜３および比較例の膜電極複
合体（ＭＥＡ）を得た。なお、デカール法による転写と
は、電極シートを高分子電解膜に熱圧着した後にＦＥＰ
シートを剥離することを言う。そして、得られた膜電極
複合体の両面に水素ガスおよび空気を供給して発電を行
った。水素ガスおよび空気の温度はともに８０℃とし
た。そのときの水素ガスの利用率（消費量／供給量）は
５０％、空気の利用率は５０％であった。また、水素ガ
スの湿度は５０％ＲＨ、空気の湿度は５０％ＲＨであっ
た。この発電における電流密度と電圧との関係を、図５
に示す。
トを、デカール法にて高分子電解膜（Ｎａｆｉｏｎ製）
の両面に転写し、実施例１〜３および比較例の膜電極複
合体（ＭＥＡ）を得た。なお、デカール法による転写と
は、電極シートを高分子電解膜に熱圧着した後にＦＥＰ
シートを剥離することを言う。そして、得られた膜電極
複合体の両面に水素ガスおよび空気を供給して発電を行
った。水素ガスおよび空気の温度はともに８０℃とし
た。そのときの水素ガスの利用率（消費量／供給量）は
５０％、空気の利用率は５０％であった。また、水素ガ
スの湿度は５０％ＲＨ、空気の湿度は５０％ＲＨであっ
た。この発電における電流密度と電圧との関係を、図５
に示す。
【００２３】図５から明らかなように、触媒前駆体物質
として塩基性化合物と非塩基性化合物を混合した実施例
１〜３は、塩基性化合物のみを混合した比較例と比べる
と、いずれも電圧が高く、高い発電効率を得られること
が確認された。
として塩基性化合物と非塩基性化合物を混合した実施例
１〜３は、塩基性化合物のみを混合した比較例と比べる
と、いずれも電圧が高く、高い発電効率を得られること
が確認された。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の固体高分
子型燃料電池用電極によれば、触媒物質の使用量を増や
すことなく、高出力かつ高効率の発電を得ることができ
るといった効果を奏する。
子型燃料電池用電極によれば、触媒物質の使用量を増や
すことなく、高出力かつ高効率の発電を得ることができ
るといった効果を奏する。
【図１】 本発明の固体高分子型燃料電池用電極の概念
図である。
図である。
【図２】 触媒前駆体物質を混合したイオン伝導性ポリ
マーへのアルカリ添加率と触媒前駆体物質を混合したイ
オン伝導性ポリマーの粘度との関係を示す線図である。
マーへのアルカリ添加率と触媒前駆体物質を混合したイ
オン伝導性ポリマーの粘度との関係を示す線図である。
【図３】 アルカリ添加率と触媒物質の粒径との関係を
示す線図である。
示す線図である。
【図４】 触媒前駆体物質を混合したイオン伝導性ポリ
マーの粘度を変化させた際の電子伝導性粒子に対するイ
オン伝導性ポリマーの被覆率を示す線図である。
マーの粘度を変化させた際の電子伝導性粒子に対するイ
オン伝導性ポリマーの被覆率を示す線図である。
【図５】 本発明の実施例における電流密度と電圧との
関係を示す線図である。
関係を示す線図である。
１…電子伝導性粒子
２…イオン伝導性ポリマー
３…空孔
１０Ａ…電子伝導性粒子の表面に分散する触媒物質Ａ
１０Ｂ…イオン伝導性ポリマー中に分散する触媒物質Ｂ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 柴 唯啓
埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会
社本田技術研究所内
Ｆターム(参考） 5H018 AA06 AS02 BB05 BB06 BB08
BB12 BB17 DD08 DD10 EE03
EE08 EE11 EE17 EE18 EE19
HH00 HH01 HH05
5H026 AA06 BB04 BB08 BB10 CC03
EE11 EE18 HH00 HH01 HH05
Claims (5)
- 【請求項１】 触媒物質、電子伝導性粒子およびイオン
伝導性ポリマーを具備する固体高分子型燃料電池用電極
であって、 前記触媒物質は、前記電子伝導性粒子の表面に分散する
触媒物質Ａと、前記イオン伝導性ポリマー中に分散する
触媒物質Ｂとに分けられ、触媒物質Ａの平均粒径が触媒
物質Ｂの平均粒径よりも大きく、 前記イオン伝導性ポリマー中に分散する前記触媒物質Ｂ
は、イオン伝導性ポリマーに前記触媒前駆体物質を混合
させた後に、該触媒前駆体物質を化学的に還元させたも
のであり、 さらに、前記触媒前駆体物質は、塩基性化合物と非塩基
性化合物との混合物であることを特徴とする固体高分子
型燃料電池用電極。 - 【請求項２】 前記イオン伝導性ポリマーはスルホン基
を有し、前記塩基性化合物を添加するにあたり、該塩基
性化合物から解離生成する水酸基のモル数／スルホン基
のモル数＝０．１〜０．４であることを特徴とする請求
項１に記載の固体高分子型燃料電池用電極。 - 【請求項３】 前記電子伝導性粒子の表面に分散する前
記触媒物質Ａの平均粒径が３〜５ｎｍであり、前記イオ
ン伝導性ポリマーに分散する前記触媒物質Ｂの平均粒径
が１〜３ｎｍであることを特徴とする請求項１または２
に記載の固体高分子型燃料電池用電極。 - 【請求項４】 前記触媒前駆体物質を混合した前記イオ
ン伝導性ポリマーの粘度が７０ｃＰ以下であることを特
徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の固体高分子型
燃料電池用電極。 - 【請求項５】 前記触媒物質Ａが表面に分散している前
記電子伝導性粒子は、６５％以上の被覆率で前記イオン
伝導性ポリマーにより被覆されていることを特徴とする
請求項１〜４のいずれかに記載の固体高分子型燃料電池
用電極。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001219443A JP2003036855A (ja) | 2001-07-19 | 2001-07-19 | 固体高分子型燃料電池用電極 |
| US10/166,717 US20020192535A1 (en) | 2001-06-13 | 2002-06-12 | Electrode for solid polymer type fuel cell and manufacturing method therefor |
| CA2390457A CA2390457C (en) | 2001-06-13 | 2002-06-12 | Electrode for solid polymer type fuel cell and manufacturing method therefor |
| DE10226073A DE10226073B8 (de) | 2001-06-13 | 2002-06-12 | Elektrode für eine ein Festpolymerelektrolyt aufweisende Brennstoffzelle und Herstellungsverfahren dafür |
| US11/508,958 US20060287194A1 (en) | 2001-06-13 | 2006-08-24 | Electrode for solid polymer type fuel cell and manufacturing method therefor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001219443A JP2003036855A (ja) | 2001-07-19 | 2001-07-19 | 固体高分子型燃料電池用電極 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003036855A true JP2003036855A (ja) | 2003-02-07 |
Family
ID=19053448
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001219443A Pending JP2003036855A (ja) | 2001-06-13 | 2001-07-19 | 固体高分子型燃料電池用電極 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003036855A (ja) |
-
2001
- 2001-07-19 JP JP2001219443A patent/JP2003036855A/ja active Pending
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